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    矿井瓦斯防治技术与工程实践(中国矿业大学课件)

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    矿井瓦斯防治技术与工程实践(中国矿业大学课件)

    矿井瓦斯防治技术与工程实践,煤矿瓦斯治理国家工程研究中心副主任中国矿业大学瓦斯防治与利用研究所所长,翟成教授,主要内容,一、瓦斯治理背景二、低透气性煤层卸压增透技术三、高瓦斯突出煤层快速掘进技术四、煤与瓦斯突出危险性预测技术,瓦斯是煤的伴生物,是煤矿主要灾害源,也是不可再生资源(1m3瓦斯热值相当于1.13kg汽油,资源总量约36万亿m3,和天然气总量相当)和温室气体温室效应是CO2的21倍。我国煤矿瓦斯分布广,瓦斯灾害时有发生。国家瓦斯治理方针规定高瓦斯矿必须先抽瓦斯后采煤。,我国煤矿瓦斯分布及事故情况,煤矿瓦斯爆炸事故,各类较大事故死亡人数比例图,背景及意义,,矿井瓦斯的含义广义井下除正常空气的大气成份以外,涌向采矿空间的各种有毒、有害气体总称。狭义煤矿生产过程中从煤、岩内涌出的,以甲烷为主要成份的混合气体总称。,甲烷及其同系物的性质,甲烷的化学分子式为CH4。它是无色、无味、无嗅、可以燃烧或爆炸的气体,对人呼吸的影响同氮气相似,可使人窒息。假如,甲烷涌入空气中,冲淡了空气中氧气浓度,当甲烷浓度为43时,相应的氧气浓度被冲淡到12,人即刻处于昏迷状态,出现死亡危险。,甲烷分子的直径为0.41nm,其密度为0.716kg/m3标准状况下,为空气密度的0.5547倍0OC。它与空气混合形成气团时,该气团较周围气体的密度轻,它将边上浮边扩散。甲烷扩散速度是空气的1.34倍,故它会很快地扩散到巷道各角落,由于它在空气中表现出强扩散性,所以它一经与空气均匀混合,就不会因其比重较空气轻而分离上浮、积聚。,当巷道无瓦斯涌出、风速较大呈紊流状态时,巷道内的甲烷浓度呈均匀分布;当有瓦斯涌出、风速较低呈层流状态时,甲烷浓度则呈不均匀分布,涌出处的瓦斯浓度最高,可形成瓦斯积聚云层。巷道顶板的裂隙因卸压而张开,其卸压瓦斯从中涌出,所以经常见到在巷道的顶部瓦斯浓度比较高。,甲烷微溶于水,在101.3kPa条件下、当温度20时,100L水可溶解3.31L甲烷。甲烷是温室气体的一种,一个甲烷分子的增强温室效应大约是一个二氧化碳分子的7.5倍,它在大气中因与羟基OH反应而消失的平均寿命约为11年,比CO2的寿命要短得多。,贵州“86”重大煤与瓦斯突出事故,2018年8月6日贵州省梓木戛煤矿110102切眼掘进工作面违规采用顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯作为区域防突措施,瓦斯治理方案制定有缺陷、现场落实有差距,导致煤层突出危险性没有消除,作业过程中扰动煤体,诱发煤与瓦斯突出事故。(1)一是该矿1煤层为突出煤层,开采范围内煤层坚固性系数为0.2299,采取施工顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯作为区域防突措施,违反煤矿安全规程第二百一十条中“煤层坚固性系数小于0.3的煤层,不得将施工顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯作为区域防突措施”的规定。(2)二是该矿没有按照矿井编制的工作面防突设计布置巷帮钻场施工顺层钻孔连续抽放瓦斯,仅在掘进迎头布孔抽放,达不到瓦斯治理效果。,贵州“86”重大煤与瓦斯突出事故,(3)三是瓦斯抽采系统未按评价单元要求安装瓦斯抽采计量装置,无法统计单元瓦斯抽采量,瓦斯抽采效果评价结果不可靠。(4)四是采掘接续严重失调,事故前井下布置7个掘进工作面,没有回采工作面。五是110102切眼掘进工作面防突区域验证测点没有结合本煤层顺层抽采钻孔布置情况进行确定,造成验证结果不可靠。,,一、掌握国家瓦斯防治政策、提前布局治理措施,瓦斯矿井的概念及瓦斯治理政策分析,进一步加强煤矿瓦斯防治工作若干意见的通知(国办发26号)关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见(国办发47号)关于进一步加强煤矿瓦斯治理工作的指导意见(安委办(200817号)防治煤与瓦斯突出规定(国家安全生产监督管理总局令第19号)国有煤矿瓦斯治理规定(国家安全生产监督管理局令第21号)煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法的通知2011煤矿瓦斯抽采达标暂行规定的通知2011煤矿瓦斯防治工作“十条禁令”的通知(安监总煤装182号)关于印发煤矿瓦斯等级鉴定办法的通知煤安监技装20189号关于有效防范和遏制煤与瓦斯突出事故的通知煤安监技装201813号防治煤与瓦斯突出细则国家煤矿安监局2019年10月1日.,1、瓦斯抽放相关法令“十二字方针”,2002年8月,国家煤矿安全监察局和中国煤炭协会,为贯彻落实国务院关于安全生产的一系列重要指示和国务院关于黑龙江省鸡西矿业集团公司“6.20”特大瓦斯事故的通报精神,召开了全国煤矿瓦斯防治现场会议,在这次会议上作出了向全国煤矿贯彻落实“先抽后采、以风定产、监测监控”瓦斯治理十二字方针的重要决定。“先抽后采”是瓦斯治理的源头治本措施。,先抽后采,以风定产,监测监控,.瓦斯抽放相关法令煤矿安全规程,规程145条。有以下情况之一的矿井,必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统(一)1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m/min,用通风方法解决瓦斯问题不合理的。(二)矿井绝对涌出量达到以下条件的1.大于或等于40m/min;2.年产量1.01.5Mt的矿井,大于30m/min;3.年产量0.61.0Mt的矿井,大于25m/min;4.年产量0.40.6Mt的矿井,大于20m/min;5.年产量小于或等于0.4Mt的矿井,大于15m/min。(三)开采有煤与瓦斯危险煤层的。,煤矿安全规程、矿井瓦斯抽放管理规范、“十二字方针”等国家政令将瓦斯抽放法制化高瓦斯高突煤矿抽与不抽瓦斯是守法与违法的问题。,2、两政策从严防治煤矿瓦斯,2011.10.19,,21,突出矿井不再“摘帽子”鉴定机构也有一些变化,新办法规定突出矿井的鉴定仍然由安监总局认定的鉴定机构承担,而瓦斯和高瓦斯矿井的鉴定则可以由具备矿井瓦斯等级鉴定能力的煤炭企业或者委托相应资质的鉴定机构承担。,突出矿井不再“摘帽子”,22,23,第四条煤矿瓦斯抽采应当坚持“应抽尽抽、多措并举、抽掘采平衡”的原则。,第十三条矿井确定开拓和开采布局时,应当充分考虑瓦斯抽采达标需要的工程和时间。煤层群开采的矿井,应当部署抽采采动卸压瓦斯的配套工程。开采保护层时,必须布置对被保护层进行瓦斯抽采的配套工程,确保抽采达标。,国家煤矿安全监察局关于开展煤与瓦斯突出矿井安全“会诊”工作的通知煤安监监察201829号,“会诊”范围1.全国所有正常生产和建设的煤与瓦斯突出矿井。2.符合煤矿安全规程第189条规定情形,应当进行煤层突出危险性鉴定而未进行鉴定、鉴定未完成或鉴定为非突出矿井的其他正常生产、建设矿井。,国家煤矿安全监察局关于印发防范煤矿采掘接续紧张暂行办法的通知煤安监技装201823号,国家煤矿安监局关于有效防范和遏制煤与瓦斯突出事故的通知煤安监技装201813号,,二、重视基础参数测试、摸清瓦斯赋存规律,1、瓦斯含量与瓦斯压力测定的重要性,2、煤层瓦斯压力测定方法,3、煤层瓦斯含量测定方法,4、煤的坚固性系数测定方法,5、瓦斯放散初速度测定方法,6、其他突出危险性预测参数测定,1.相关规定的要求煤矿安全规程防治煤与瓦斯突出规定煤与瓦斯突出矿井鉴定规范(AQ1024-2006)煤矿瓦斯抽采基本指标(AQ1026-2006)煤矿瓦斯抽放规范(AQ1027-2006),一、瓦斯压力(含量)测定的重要性,瓦斯压力(含量)测定的重要性,2.瓦斯治理的需要煤矿通风设计矿井瓦斯涌出量预测瓦斯突出防治煤矿井下瓦斯抽采,一、,3.瓦斯资源开发利用的需要煤矿瓦斯抽采系统设计煤层气商业开发瓦斯(煤层气)利用设计,(一)煤层瓦斯压力的基本概念,,,,三,煤层瓦斯压力是指煤层孔隙内气体分子自由热运动所产生的作用力,由游离瓦斯形成,即瓦斯作用于孔隙壁的压力。煤层原始瓦斯压力是指煤层未受采动、瓦斯抽采及人为卸压等影响处的煤层瓦斯压力;煤层残存瓦斯压力是指煤层受采动、瓦斯抽采及人为卸压等影响后残存的瓦斯呈现的压力;煤层瓦斯压力单位为MPa。煤层瓦斯压力是评价煤层突出危险性与决定煤层瓦斯含量的一个重要指标。,,,,三,煤层瓦斯压力的大小取决于煤生成后,煤层瓦斯的排放条件,它除与覆盖层厚度和透气性、煤层透气性及煤地质构造条件有关外,且同覆盖层的含水性密切相关。,(二)煤层瓦斯压力的分布规律,(二)煤层瓦斯压力的分布规律,,,(三)煤层瓦斯压力的测定方法,,,,三,1)按测压方式分类按测压时是否向测压钻孔内注入补偿气体,测定方法可分为主动测压法和被动测压法。2)按封孔方法及材料分类按测压钻孔封孔材料的不同,测定方法可分为黄泥(黏土)封孔法、水泥砂浆封孔法、胶圈封孔器法、胶圈-压力黏液封孔法、胶囊-压力黏液封孔法及聚氨酯泡沫封孔法等;按测压封孔方法的不同,测定方法可分为填料法和封孔器法两类,其中根据封孔器的结构特点,封孔器分为胶圈、胶囊和胶圈-黏液等几种方法。,测定方法的分类,(三)煤层瓦斯压力的测定方法,,,,三,填料封孔法(黄泥、黏土封孔),井下直接测定法,填料法封孔的优点是不需要特殊装置,密封长度大,密封质量可靠。缺点是人工封孔长度短,费时费力,(三)煤层瓦斯压力的测定方法,,,,三,注浆封孔测压法,井下直接测定法,注浆封孔测压法是目前应用最广泛的一种封孔方法,适应于井下各种情况下的封孔。注浆泵一般采用柱塞注浆泵,封孔材料一般采用膨胀不收缩水泥浆(一般由膨胀剂、水泥和水按一定比例制成),测压管一般采用铜管、高压软管或无缝钢管。,(三)煤层瓦斯压力的测定方法,,,,封孔器封孔,井下直接测定法,胶圈封孔器,优点简单易行,封孔器可重复使用;缺点是封孔深度小,且要求封孔段岩石必须致密、完整。,(三)煤层瓦斯压力的测定方法,,,,封孔器封孔,井下直接测定法,胶圈压力黏液封孔器,优点一是增大了封孔段的长度;二是压力黏液可渗入封孔段岩(煤)体的裂隙,增大了密封效果。,(三)煤层瓦斯压力的测定方法,,,,封孔器封孔,井下直接测定法,胶囊压力黏液封孔器,胶圈压力黏液封孔装置基础上,中国矿业大学又研制成功了胶囊黏液封孔器,其封孔原理类似于胶圈黏液封孔器,所不同的是胶囊代替了胶圈,由于胶囊的弹性大,与孔壁可全面紧密接触,密封黏液的性能优于胶圈,不仅适用于封岩石钻孔,而且也能封较硬煤层中的煤孔。,(三)煤层瓦斯压力的测定方法,,,,测压地点的选择原则,测定地点应优先选择在石门或岩巷中,选择岩性致密的地点,且无断层、裂隙等地质构造处布置测点,其瓦斯赋存状况要具有代表性。测压钻孔应避开含水层、溶洞,并保证测压钻孔与其距离不小于50m。对于测定煤层原始瓦斯压力的测压钻孔应避开采动、瓦斯抽采及其他人为卸压影响范围,并保证测压钻孔与其距离不小于50m。对于需要测定煤层残余瓦斯压力的测压钻孔,则根据测压目的的要求进行测压地点的选择。,(三)煤层瓦斯压力的测定方法,,,,测压地点的选择原则,选择测压地点应保证测压钻孔有足够的封孔深度(穿层测压钻孔的见煤点或顺层测压钻孔的测压室应位于巷道的卸压圈之外),并需保证15m以上的岩柱长度。采用注浆封孔的上向测压钻孔倾角应不小于5。同一地点应设置两个测压钻孔,其终孔见煤点或测压气室应在相互影响范围外,原则上测压孔距离外应不小于20m。瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统,行人少且便于安设保护栅栏的地方。,(三)煤层瓦斯压力的预测方法,,,安全线法煤层瓦斯压力预测方法,瓦斯压力预测方法安全线法,(三)煤层瓦斯压力的预测方法,,,安全线法煤层瓦斯压力预测方法,,预测的瓦斯压力随埋深的变化斜率还要近似符合下列关系一般斜率变化处于0.010.005范围内。在甲烷带内,浅部由于地应力小,其瓦斯压力往往小于或近似于静水压,P0.01H;而在矿井深部,由于地应力随垂深呈线性增加,瓦斯压力可以超过静水压力,P值可达(0.0130.015)。根据安全线法做出的曲线推测煤层瓦斯压力能够尽量避免煤层瓦斯压力偏小的情况,给矿井瓦斯方案的制定提供有利依据,同时当深部出现高于安全线法推测值时,如经判断确定为真实瓦斯压力时,需要重新确定标志点,对安全线进行修订。,,三、提高防突意识,加强防突力量,树立安全就是效益的观念提升防突危机感加强防突人员责任感突出煤层不要追求高产高效提高防突从业人员的待遇防突队伍培训,,四、了解技术适用性、提高技术针对性,,五、勇于探索,积极采用新技术、新方法,企业事故损失冰山图,LostTime丢失工作时间事故,At-RiskBehavior带风险的行为,FirstAids急救事故,Recordable可记录事故,Fatality死亡事故,,建立在“经历”方式上的学习和进步吃一堑,长一智是痛苦的方式;通过“沉思”的方式来学习和进步别人吃一堑,我们长一智是高明的方式;通过“模仿”的方式来学习和进步不须吃一堑,亦可长一智这是最聪明和最容易的方式。,思路是借鉴,不是借用,,

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